DNA Chips für Kompost-Mikrofloren

Trotz einer zunehmenden wirtschaftlichen und umweltpolitischen Bedeutung von Kompostierungstechnologie ist sehr wenig über die beteiligten Organismengemeinschaften bekannt. In diesem Projekt soll über traditionelle Kultivierungstechniken, die nur einen Bruchteil der vorhandenen Mikroflora erfassen, hinausgegangen werden, und eine möglichst umfassende Erfassung der Kompostmikroflora durchgeführt werden. Basis für diese Untersuchungen sind bakterielle 16S rDNA sowie pilzliche 18S rDNA. Das Projekt wird in drei Phasen ablaufen (i) screening vorhandener Datenbanken für eine Vorauswahl an zu untersuchenden Mikroorganismen und Erstellung von Test-Chips. (ii) DNA Isolierung und Sequenzierung relevanter Organismen aus Kompostproben zur Optimierung eines Prototypen-Chips; (iii) Validierung des Prototypen mit Kompostproben verschiedener Provenienz, sowie durch spiking mit bekannten Organismen. Ergebnisse aus der Gemeinschaftsanalyse sollen mit allgemein gültigen (chemischen) und mikrobiologischen Kompost-Qualitätsparametern in Einklang gebracht werden.

Österreich nimmt in der Kompostierungstechnologie weltweit eine führende Rolle ein, und Kompostierung von organischen Reststoffen wird auch weltweit immer häufiger in Großanlagen durchgeführt. Im großtechnischen Maßstab ist die Kompostierung ein Prozess, der vor allem von Mikroorganismen, Bakterien und Pilzen, bewerkstelligt wird. Pro g Kompost kann man bis zu 1012 - eine Billiarde - Bakterien finden, die vielen verschiedenen Arten angehören können. Diese Bakterien können ganz allgemein zum biologischen Abbau beitragen, andere wiederum können Krankheitserreger für Tier oder Pflanze sein, und eine weitere Gruppe kennt man als sogenannte benefizielle` - nutzbringende - Mikroorganismen die nach Kompostverwendung auf dem Acker das Pflanzenwachstum fördern und Pflanzenkrankheiten unterdrücken können. Mit klassischen Kultivierungstechniken kann man nur einen Bruchteil der im Kompost vorhandenen Bakterien finden; mit DNA-basierten Methoden ist es heute jedoch möglich, durch ein anderes Fenster` in eine Kompostmiete zu schauen und auch nicht-kultivierbare Bakteien nachzuweisen. Ein solcher Nachweis kann helfen, Kompostierungsprozesse besser zu steuern und insbesondere die Qualität des erzeugten Kompostes in Bezug auf die Pflanzenverträglichkeit zu erhöhen. In diesem Projekt nutzten wir eine Mikrotechnik (Microarrays), wobei auf einer Glasoberfläche molekulare Sonden aufgebracht werden, mit deren Hilfe man das Vorhandensein von Zielsequenzen (bestimmte Basenabfolgen in der bakteriellen DNA) nachweisen kann. Der in diesem Projekt von Dr. Ingrid Whittle entwickelte BioChip (Microarray) ist in der Lage mit 369 solcher Sonden mehr als 200 verschiedene Bakterienarten nachzuweisen. In ersten Anwendungsexperiementen konnten wir feststellen, dass Komposte verschiedener Herkunft und unterschiedlichen Alters voneinander abweichende mikrobielle Gemeinschaften aufwiesen. In der Zukunft hoffen wir, mit diesem neuen Werkzeug Voraussagen über die zu erwartende Kompostqualität machen zu können, und eventuell auch in Kompostierungsprozesse steuernd eingreifen zu können.